JP6826603B2 - 方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板にレーザを照射して永久的に鋼板の磁区を微細化処理する方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置に関する。

例えば、変圧器のような電気機器の電力損失を減らし、効率を向上させるため、鉄損が低く磁束密度が高い磁気的特性を有する方向性電磁鋼板が求められる。
方向性電磁鋼板の鉄損を減らすため、鋼板表面に機械的方法やレーザビームを照射して圧延方向に対して垂直方向に磁区を微細化することによって、鉄損を減少させる技術が開示されている。
磁区微細化方法は、応力除去焼鈍後の磁区微細化に対する改善効果の維持可否によって一時磁区微細化と永久磁区微細化に大きく区分できる。
一時磁区微細化方法は、応力除去焼鈍後の磁区微細化効果を喪失する短所がある。一時磁区微細化方法は、鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることによって磁区を微細化させる。しかし、このような方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングが求められ、最終製品でない中間工程で磁区微細化処理をするので製造コストが高くなる短所がある。

永久磁区微細化方法は、熱処理後にも鉄損改善の効果を維持できる。永久磁区微細化処理のため、エッチング工法やロール工法、レーザ工法を用いた技術が主に用いられている。エッチング工法の場合、溝形成時の深さや幅の制御が難しく、最終製品の鉄損特性の保証が困難であり、酸溶液を使用するため環境にやさしくない短所がある。ロールを用いた工法の場合、機械加工に対する安定性、信頼性及びプロセスが複雑な短所がある。
レーザを用いて鋼板を永久磁区微細化する工法は、鋼板を支持して張力を調節した状態で鋼板表面にレーザビームを照射して鋼板表面に溶融溝を形成して磁区を微細化させ得る。このように、レーザを用いた磁区の微細化には、高速処理が可能であり、かつ電磁鋼板の鉄損を低くし、磁束密度を高められるより効果的な工程の改善及び最適化が求められる。

設備及び工程を最適化することにより磁区微細化の効率を高め、作業性を改善して処理能力を増大させる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置を提供する。
レーザビームの反射及び輻射熱による光学系の損傷を防止できる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置を提供する。
レーザ照射により形成されたヒールアップ及びスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高められる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置を提供する。
工程に必要な最適の動作環境を提供できる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法及びその装置を提供する。

本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、生産ラインに沿って進行する鋼板を支持し、かつ鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロールの位置調節段階と、鋼板表面にレーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射段階と、レーザ照射過程において鋼板表面に照射されたレーザビームの反射による輻射熱を吸収除去する除去段階と、を含むことを特徴とする。

除去段階は、鋼板で反射されるレーザビームの反射位置に対応してレーザを照射する光学系の下部に設けられる冷却ブロックを介してレーザの輻射熱を熱交換して吸収する段階と、冷却ブロックに冷却媒体を循環させて冷却ブロックの冷却温度を維持する段階と、を含むことがよい。
除去段階は、冷却ブロックに供給される冷却媒体の流量を検出する段階と、冷却媒体の供給流量の異常時にレーザ発振器の駆動を制御する段階ｔｏ，をさらに含むことができる。
レーザ照射段階は、鋼板支持ロールの表面に円弧形態で接して進行する鋼板表面に対し、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通過するときのレーザビームの照射位置を基準点とし、基準点から鋼板支持ロールの中心より外周面に沿って所定角度離隔した位置にレーザビームを照射することが好ましい。

レーザ照射段階において、レーザビームは、基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲で照射されことがよい。
磁区微細化方法は、レーザ照射が行われるレーザルームの内部の動作環境を設定して維持する設定維持段階をさらに含み、設定維持段階は、レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、レーザルームの内部温度、圧力及び湿度を制御する段階と，を含むことが好ましい。
磁区微細化方法は、鋼板を平らに広げた状態に維持するように鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含むことができる。

磁区微細化方法は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする斜行制御段階をさらに含むことができる。
磁区微細化方法は、レーザ照射段階を経て鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含むことがよい。
後処理段階は、ブラシロールで鋼板表面に付いたヒールアップ及びスパッタを除去するブラシ段階を含むことができる。
後処理段階は、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒールアップ及びスパッタを追加除去する清浄段階と、清浄段階において鋼板から除去されてアルカリ溶液内に含まれた異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング段階と、をさらに含むことができる。

斜行制御段階は、鋼板の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた斜行量を測定する斜行量測定段階と、斜行量測定段階で測定された鋼板の斜行量に応じてステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）の軸を回転及び移動させて鋼板が動く方向を調整して鋼板の斜行量を制御する斜行量制御段階と、を含むことができる。
斜行量制御段階は、鋼板の斜行量を±１ｍｍ以内に制御することがよい。
張力制御段階は、テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ）によって鋼板に張力を印加する鋼板張力印加段階と、鋼板張力印加段階を行った鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定段階と、鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力に応じてテンションブライドルロールの速度を調整して鋼板張力を制御する鋼板張力制御段階と、を含むことが好ましい。

鋼板支持ロールの位置調節段階は、レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階と、レーザ照射段階で鋼板にレーザ照射時に発生する花火の明るさを測定する輝度測定段階と、輝度測定段階で測定された花火の明るさに応じて鋼板支持ロールの位置制御計によって鋼板支持ロールの位置を調整してレーザの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように制御する鋼板支持ロール位置制御段階と、を含むことができる。
レーザ照射段階は、レーザ発振器で照射されたレーザビームの伝達を受けた光学系によって鋼板表面に照射して上部幅、下部幅及び深さが、それぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると共にレーザビーム照射時の溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ^２範囲内のレーザビームのエネルギ密度を鋼板に伝達するレーザ照射及びエネルギ伝達段階を含むことが好ましい。
レーザ照射段階は、レーザ発振器の制御器によって正常的な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビームの発振制御段階を含むことができる。

レーザ照射段階において、レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振することができる。
レーザ照射段階において光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザビームの照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することができる。
レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階をさらに含むことが好ましい。

角度変換段階は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することができる。
レーザ照射段階は、レーザビームの反射光及び散乱光がレーザ照射設備の光学系に流入することを遮断する遮断段階をさらに含むことができる。
レーザ照射段階は、レーザビーム照射時に発生したヒューム（ｆｕｍｅ）及び溶融鉄を吸入して除去する集塵段階をさらに含むことがよい。集塵段階は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥した空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階を含むことが好ましい。

本発明の方向性の磁区微細化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板を支持し、かつ鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロールの位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板表面に照射されたレーザビームの反射による輻射熱を吸収して除去する吸収部と、を含むことを特徴とする。

吸収部は、鋼板で反射されるレーザビームの反射位置に対応してレーザ照射設備の光学系の下部に設けられ、反射されたレーザの輻射熱を熱交換により吸収する冷却ブロックを含むことがよい。
吸収部は、冷却ブロックの内部に形成される冷却流路、冷却流路に連結された供給管を介して冷却ブロックに冷却媒体を循環供給する供給部をさらに含むことができる。
冷却ブロックは、光学系の下部にレーザビームが通過する開口部の周辺に沿って設けられることが好ましい。

冷却ブロックは、レーザビームの反射光が照射される前面が反射光の照射方向に向かうように傾斜した構造であることがよい。
冷却ブロックは、表面に飛散した溶融鉄の付着を防止するための化学気相コーティング層が形成されることが好ましい。
冷却ブロックの冷却流路は、冷却ブロックの外側面に沿って直線の複数の流路を形成し、流路と流路との交差地点で流路が一方向に連結されるように流路の内部に流路を遮るプラグを設けてジグザグ形態に形成する構造であることができる。

プラグは、冷却ブロックにコギング構造で固定して設けられることがよい。
供給部は、冷却媒体の循環ライン上に設けられ、冷却ブロックを経た冷却媒体を冷却する熱交換器と、熱交換器を経た冷却媒体を冷却ブロックに供給する供給ポンプと、供給ポンプの駆動に応じて循環ラインに沿って冷却ブロックに流入される冷却媒体の供給流量を検出するフロースイッチと、フロースイッチの検出値に応じて光学系のレーザ発振器の駆動を制御する制御回路と，を含むことが好ましい。
レーザ照射設備は、鋼板支持ロールの表面に円弧形態で接して進行する鋼板表面に対し、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通過するときのレーザビームの照射位置を基準点とし、基準点から鋼板支持ロールの中心より外周面に沿って所定角度離隔した位置にレーザビームが照射される構造であることができる。

レーザ照射設備は、レーザビームを基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲に照射する構造であることがよい。
鋼板支持ロールの位置調節設備及びレーザ照射設備を外部から隔離収容し、かつレーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことができる。
レーザルームは、レーザ照射設備及び鋼板支持ロールの位置制御設備を収容して外部と隔離するように内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面に入口及び出口が形成され、内部にはレーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板が通過する下部空間と分離させる光学系の下部フレームと、レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器とを含むことが好ましい。
鋼板を平らに広げた状態に維持するように鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことがよい。

鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする斜行制御設備をさらに含むことができる。
鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことが好ましい。
後処理設備は、レーザルームの後端に配置され、鋼板表面のヒールアップ及びスパッタを除去するブラシロールを含むことができる。
後処理設備は、ブラシロールの後端に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒールアップ及びスパッタを追加除去する清浄ユニットと、清浄ユニットに連結されて清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれた異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部とをさらに含むことが好ましい。

斜行制御設備は、鋼板の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）と、鋼板幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（斜行量）を測定するための斜行測定センサと、斜行測定センサの出力値に応じてステアリングロールの軸を回転及び移動させて鋼板が動く方向を調整するための鋼板中央位置制御計（Ｓｔｒｉｐ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）と、を含むことができる。
張力制御設備は、鋼板に張力を印加し、かつ移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ）と、テンションブライドルロールを通過した鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサと、鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力に応じてテンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御計と、を含むことがよい。
鋼板支持ロールの位置調節設備は、レーザ照射設備の位置で鋼板を支持する鋼板支持ロールと、レーザ照射設備で鋼板にレーザ照射時に発生する花火の明るさを測定するための輝度測定センサと、輝度測定センサで測定された花火の明るさに応じて鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロールの位置制御計と、を含むことが好ましい。

レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅及び深さが、それぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると共にレーザ照射時の溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ^２範囲内のレーザエネルギ密度を鋼板に伝達する光学系と、を含むことが好ましい。
レーザ照射設備は、正常的な作業条件下では、レーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生すると、レーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器の制御器をさらに含むことがよい。
レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振することができる。

光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザ照射線の間隔を圧延方向に沿って２〜３０ｍｍに調整することができる。
レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系が駆動部によって回転可能な構造からなり、光学系が鋼板に対して回転して鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であることが好ましい。
レーザ照射設備は、レーザ散乱光及び熱が光学系に流入することを遮断する遮蔽部をさらに含むことがよい。
レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームの照射により生成されたヒューム及びスパッタを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含むことができる。
溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥した空気を噴射して溝の内部に残存する溶融鉄を除去するエアーナイフと、ヒューム及び溶融鉄を吸入して除去する集塵フードと、を含むことが好ましい。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、鋼板を２ｍ／ｓｅｃ以上の高速で進行させながらも安定的にレーザによる磁区微細化工程を行い、電磁鋼板の熱処理の前・後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上、１０％以上確保できる。
また、レーザビームの反射による輻射熱により光学系が加熱することを防止することで、光学系の熱変形による損傷を防止できる。
さらに、冷却ブロックの構造が単純でかつ製造が容易であり、鋼板と光学系との間の狭い空間でも光学系の下部に設置及び整備が容易である。
またさらに、冷却ブロックの熱クラックを最小化でき、レーザビームによって溶融されて飛散する溶融鉄が冷却ブロックに融着することを防止できる。

本発明によれば、冷却媒体の流れを持続的に検出してレーザ発振器を制御することによって、光学系の性能低下による磁区微細化の処理不良を防止できる。
さらに、磁区微細化の効率を高め、作業性を改善して磁区微細化の処理能力を増大させることができる。
また、レーザ照射により形成されたヒールアップ及びスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる。
さらにまた、工程に必要な最適の動作環境を提供することによって、高品質の製品を大量生産することができる。

本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態により磁区微細化処理された鋼板を示す概略的な図である。 本実施形態により吸収部を備えたレーザ照射設備の光学系構成を示す概略的な図である。 本実施形態により光学系の下部に冷却ブロックが設けられた構成を示す概略的な図である。 本実施形態による冷却ブロックを示す斜視図である。 本実施形態による冷却ブロックの内部の冷却流路を示す概略的な図である。 本実施形態による冷却ブロックのプラグ固定構造を示す概略的な図である。 本実施形態により冷却ブロックに冷却媒体を供給する構造を示す概略的な構成図である。

以下で用いる専門用語は、単に特定の実施形態を言及するためであり、本発明を限定することを意図するものではない。ここに用いる単数形は文句にこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形も含む。明細書において「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素及び／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分及び／または群の存在や付加を除くものではない。
以下、添付した図面を基にして本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を説明する。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施形態は、本発明の概念及び範囲を外れない範疇で多様な形態に変形できる。これに、本発明は、様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
以下の説明において、本実施形態は、変圧器の鉄心素材などに用いられる方向性電磁鋼板の永久磁区微細化のための設備を例に挙げて説明する。

図１は本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の構成を概略的に示す図であり、図２は本実施形態により磁区微細化処理された鋼板を示す概略図である。
以下の説明において、圧延方向または鋼板の移動方向は、図２のｘ軸方向を意味し、幅方向は圧延方向に直角である方向であって、図２のｙ軸方向を意味し、幅はｙ軸方向に対する鋼板の長さを意味する。図２において、図面符号３１はレーザビームによって溝形状に掘られ、鋼板１の表面に連続的に形成された照射線を示す。
図１に示したとおり、本実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に永久磁区微細化処理を行う。

本実施形態の磁区微細化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板１を支持し、かつ鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロールの位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板表面に照射されたレーザビームの反射による輻射熱を吸収して除去する吸収部とを含む。
また、磁区微細化装置は、鋼板支持ロールの位置調節設備及びレーザ照射設備を外部から隔離して収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルーム２０をさらに含む。
また、磁区微細化装置は、鋼板が垂れ下がらずに平らに広げた状態に維持するように鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含む。
また、磁区微細化装置は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする斜行制御設備をさらに含む。

また、磁区微細化装置は、レーザビーム照射により鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含む。
ヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）は、鋼板表面にレーザビームを照射して溝を形成するとき、鋼板で溶融された鉄が溝部位の両側に一定の高さ以上積層形成される部分を意味する。スパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）は、レーザビーム照射時に発生して鋼板表面に凝固された溶融鉄を意味する。
斜行制御設備は、鋼板１の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）２Ａ、２Ｂ、鋼板１の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（斜行量）を測定するための斜行測定センサ４、斜行測定センサ４の検出信号を演算してステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転及び移動させて鋼板１が動く方向を調整するための鋼板中央位置制御計（Ｓｔｒｉｐ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）３を含むことができる。

斜行測定センサ４は、ステアリングロール２Ｂの後端に配置されてステアリングロールを経た鋼板の実際の斜行量をリアルタイムで検出する。
斜行制御設備によって鋼板が生産ラインの中央に沿って左右偏ることなく、真っすぐ移動することで、鋼板の全幅にわたって鋼板表面に溝を形成する。
斜行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面の溝形成の全工程において、斜行測定センサ４によって鋼板の斜行量が測定される。斜行測定センサ４によって測定された値は鋼板中央位置制御計に出力され、鋼板中央位置制御計は、斜行測定センサの出力値を演算し、演算された斜行程度に応じてステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転及び移動させる。このように、ステアリングロール２Ａ、２Ｂが回転及び移動することによって、ステアリングロールに巻かれて移動する鋼板の動く方向が調整される。そのため、鋼板の斜行量が制御されて鋼板１の斜行量を±１ｍｍ以内に制御することができる。

張力制御設備は、鋼板１に一定の大きさの張力を印加し、かつ移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂ、テンションブライドルロールを通過した鋼板１の張力を測定するための鋼板張力測定センサ７、及び鋼板張力測定センサ７で測定した鋼板１の張力に応じてテンションブライドルロール５Ａ、５Ｂの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御計６を含み得る。
鋼板張力測定センサ７は、テンションブライドルロール５Ｂの後端に配置されてテンションブライドルロール５Ｂを経て張力が付与された鋼板の実際張力をリアルタイムで測定する。
本実施形態において、鋼板の張力は、レーザ照射設備のレーザ照射位置での鋼板表面形状を平らにする際に過度な張力により鋼板に破断が発生しないように設定し得る。

張力制御設備は、設定された範囲内の鋼板張力で操業するために、鋼板張力測定センサ７で測定した鋼板の張力に応じて鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御計６によってテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂの速度を調整する。これに、張力制御設備は、鋼板１の張力誤差が設定範囲以内になるように制御して鋼板に張力を付与する。
張力制御設備を通過した鋼板は、レーザルーム２０の内部に流入して鋼板支持ロールの位置調節設備とレーザ照射設備とを経て磁区微細化加工された後、レーザルーム２０の外部に出る。レーザルームについては後術する。
本実施形態において、レーザルーム２０の内部にはレーザ照射設備の真下に鋼板支持ロール９が配置され、鋼板支持ロールを挟んで両側にそれぞれディフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂが配置される。

鋼板１の移動方向は、ディフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂによって鋼板支持ロール９に向かうように転換される。鋼板１は、ディフレクターロール８Ａを通過しながら鋼板支持ロール９の方に移動方向が転換されて鋼板支持ロール９に接した後、再びディフレクターロール８Ｂの方に方向が転換してディフレクターロール８Ｂを通過して移動する。
ディフレクターロールによって鋼板１は、鋼板支持ロール９に沿って円弧形態に巻かれて鋼板支持ロールに面接触されながら通過する。レーザビームの照射時に鋼板の振動及びウェーブによるレーザビームの焦点距離変動を最少化するためには、鋼板が鋼板支持ロールに十分に面接触して通過しなければならず、この状態で鋼板支持ロールに沿って進行される鋼板にレーザビームを照射しなければならない。本実施形態では上記のように鋼板支持ロールに鋼板が面接触されることによって鋼板に対してレーザビームを正確に照射することができる。

鋼板支持ロールの位置調節設備は、レーザ照射設備のレーザ照射位置に鋼板１を支持する鋼板支持ロール９、レーザ照射設備において鋼板１にレーザを照射するとき発生する花火の明るさを測定するための輝度測定センサ１０、及び輝度測定センサ１０で測定された花火の明るさに応じて鋼板支持ロール９の位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）の位置制御計１２を含むことが好ましい。
鋼板支持ロールの位置調節設備は、鋼板支持ロール９によってレーザ照射部の位置に鋼板１を支持し、レーザ鋼板の照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈｏｆ Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように、鋼板にレーザ照射時に発生する花火の明るさが最も良い状態になるように鋼板支持ロール９の位置を全体的に上下に調整する。また、鋼板にレーザの照射時に発生する花火の明るさは、輝度測定センサ１０を用いて測定する。

本実施形態において、鋼板支持ロールの位置調節設備は、レーザ照射設備の光学系から鋼板表面の間の実際距離を測定するための距離測定センサ１１をさらに含むことができる。鋼板支持ロールの位置制御計１２は、輝度測定センサ１０から検出された花火の明るさ及び距離測定センサ１１から実際測定された光学系と鋼板表面との間の距離を演算して鋼板支持ロール９の位置をより精密に制御する。
斜行制御設備、張力制御設備及び鋼板支持ロールの位置調節設備は、レーザ照射設備によって精密に鋼板にレーザ溝を形成するようにレーザ照射位置での鋼板条件を整える役割を果たす。レーザの照射位置での鋼板は、鋼板の中央位置が生産ラインの中央位置でなければならないため、光学系との距離が設定された値に維持されなければならない。

レーザ照射設備は、レーザ発振器の制御器１３、連続波レーザビーム１６を発振するためのレーザ発振器１４、光学系１５を含むことができる。
図３及び図４に示したとおり、光学系１５は、回転が可能なように設けられ、鋼板の幅方向に対するレーザビーム照射線の角度を付与するモジュールプレート３７と、モジュールプレート３７を回転させるための駆動部３６、モジュールプレート３７に設けられてレーザ発振器１４から印加されたレーザビームを光学系１５の内部に出射するヘッダ３９、モジュールプレート３７に回転可能なように設けられてヘッダ３９から射出したレーザビームを反射させるポリゴンミラー３２、ポリゴンミラー３２を回転駆動させる回転モータ３３、モジュールプレート３７に設けられ、ポリゴンミラー３２で反射されたレーザビーム１６を鋼板側に反射させて鋼板に集光させる集光ミラー３５、集光ミラー３５に連結されて集光ミラー３５を移動させてレーザビームの焦点距離を調節する駆動モータ３４、モジュールプレート３７に設けられてレーザビーム照射の有無に応じてモジュールプレート３７を選択的に遮断するシャッター３８を含んで構成される。

光学系１５は、光学ボックスをなすモジュールプレート３７内にヘッダ３９、ポリゴンミラー３２、集光ミラー３５及びシャッター３８が配置されて一体をなす。レーザ発振器１４及びヘッダ３９は、例えば光ケーブル４１で連結される。これにより、レーザ発振器１４から出たレーザは光ケーブル４１に乗ってヘッダ３９に送られる。光学ボックスをなすモジュールプレート３７の内部でヘッダ３９、ポリゴンミラー３２及び集光ミラー３５は、レーザビーム１６を所望する位置に反射させるために正位置に配置する。図３に示したとおり、例えばヘッダ３９はポリゴンミラー３２を挟んで両側に配置され、それぞれポリゴンミラー３２に向かってレーザビームをそれぞれ出射する構造であることができる。ポリゴンミラー３２で反射されるそれぞれのレーザビームに合わせて二つの集光ミラー３５が配置される。ヘッダ３９から射出されたレーザビームは、回転モータ３３の駆動により回転するポリゴンミラー３２で反射されて集光ミラー３５に送られる。集光ミラー３５に反射されたレーザビーム１６は、集光ミラー３５でシャッター３８を介して鋼板側に反射され、鋼板１の表面に集光される。これに、鋼板表面にレーザビームが周期的に照射されて幅方向に連続溝を形成する。

光学系１５によるレーザビーム１６の全体的な焦点距離は、鋼板支持ロール９の上下移動によって調整され、左右焦点距離が合わない部分は集光ミラー３５に連結して設けられる駆動モータ３４によって調整される。
シャッター３８は、モジュールプレート３７の下部に設けられ、モジュールプレート３７を開閉する。シャッター３８は、集光ミラー３５からレーザビームが下部に照射されるときに開放されてレーザビームと干渉を防止し、レーザビームが照射されないときには閉鎖されて外部のヒュームや異物が光学系１５の内部に流入することを遮断する。
鋼板の斜行量が過度になると、鋼板がレーザ照射位置から外れるようになり、鋼板支持ロール９にレーザが照射されて損傷が発生する。そのため、鋼板支持ロールの損傷を防止するために、レーザ発振器の制御器１３は、正常的な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する。

レーザ発振器１４は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振して光学系１５に伝達し得る。光学系１５は伝達されたレーザビーム１６を鋼板表面に照射する。
レーザ発振器１４及び光学系１５は、レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅及び深さが、それぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させるとともに、レーザ照射時溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲内のレーザエネルギ密度を鋼板に伝達し得る。
光学系１５は、レーザ走査速度を制御する機能を有するため、レーザ照射線（図２の３１）の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整できる。そのため、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ‐Ａｆｆｅｃｔｅｄ‐Ｚｏｎｅ）の影響を最少化して鋼板の鉄損を改善できる。

また、レーザ照射設備は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造である。本実施形態においてレーザ照射設備は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することができる。
これのために、レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系１５が駆動部３６によって回転可能な構造からなり、鋼板表面に形成されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造である。このように光学系によるレーザビームの照射線の角度が変換されることによって、レーザビームによる照射線３１は、鋼板の圧延方向に対して直角である方向で±４°の範囲で傾斜して形成される。したがって、レーザによる溝形成に伴う磁束密度の低下を最小化できる。
また、本実施形態において、レーザ照射設備は、鋼板１に対するレーザビームの照射位置を制御し、鋼板に照射されるレーザビームが鋼板で反射されて光学系やレーザ発振器に入るバックリフレクション現象を防止する構造になっている。

このため、図４に示したとおりレーザ照射設備は、鋼板支持ロール９の表面に円弧形態で接して進行する鋼板表面に対して、光学系１５で照射されるレーザビームの照射方向が鋼板支持ロール９の中心軸を通過するときのレーザビームの照射位置を基準点Ｐとし、基準点Ｐから鋼板支持ロール９の中心より外周面に沿って所定角度（以下、説明の便宜上離隔角度Ｒという）離隔した位置にレーザビームを照射する構造である。
基準点Ｐとは、図４において鋼板支持ロール９の中心軸を通過する線と鋼板とが接する地点である。この場合、レーザビームの照射方向が基準点Ｐでの鋼板支持ロール９の接線と直角を成すことによって、鋼板に当たり反射されるレーザビームがそのまま光学系及びレーザ発振器に入って損傷させるバックリフレクション現象が発生する。

本実施形態によるレーザ照射設備は、上記のように、基準点Ｐで離隔角度Ｒだけ離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板で再帰反射されるレーザビームが光学系に入射されなくなる。したがって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持できる。
本実施形態において、離隔角度Ｒは、基準点Ｐに対して鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って３〜７°の範囲に設定する。
レーザビームが照射される位置である離隔角度Ｒが３°より小さい場合は、鋼板で再帰反射されるレーザビームの一部が光学系やレーザ発振器に流入され得る。離隔角度Ｒが７°を越えると、レーザビームによる溝形成がうまく行われず溝の形成不良が発生する虞がある。

このように、本実施形態におけるレーザ照射設備は、基準点Ｐを中心に所定角度離隔した地点で鋼板にレーザを照射することによって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビーム反射時に入射光路と干渉されず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を安定的に維持できる。
そして、レーザビームの照射位置で反射される反射光は、光学系の開口部３７Ａの周辺に照射されるが、本実施形態により光学系に備えられる吸収部は、レーザビームの反射による輻射熱を吸収除去して光学系の損傷を防止する。

図４ないし図６に、本実施形態により光学系の下部に設けられる吸収部の構造を例示した。以下、図４ないし図６を基にして吸収部について説明する。
吸収部は、光学系１５の下部に設けられ、鋼板で反射されたレーザの輻射熱を吸収する冷却ブロック７０を含むことができる。冷却ブロック７０は、鋼板１で反射されるレーザビームの反射位置に対応してレーザ照射設備の光学系の下部に設けられる。冷却ブロック７０は、反射されたレーザの輻射熱を熱交換により吸収する構造となっている。
冷却ブロック７０は、光学系の下部にレーザビームが通過する開口部３７Ａの周辺に沿って設けることができる。光学系１５の下部の開口部３７Ａを介して鋼板１に照射されたレーザビームは言及したとおり基準点Ｐから離隔角度Ｒだけ外れて照射されるので、入射光路から外れて開口部３７Ａの周辺に反射される。そのため、冷却ブロック７０が光学系の下部の開口部３７Ａの周辺に設けられることによって、光学系に反射されたレーザの輻射熱を効果的に吸収除去できる。

冷却ブロック７０は、輻射熱の吸収が容易であるように熱伝導率が高い銅またはアルミニウム材質からなる。また、冷却ブロック７０は、単一構造物で製造され得る。そのため、インライン工程からなる永久磁区微細化工程で光学系１５に対して冷却ブロック７０を設けたり分離する作業が容易であり、整備時間を最小化できる。
図４及び図５に示したとおり、冷却ブロック７０は、レーザビームの反射光が照射される前面７１が反射光の照射方向に向かうように傾斜した構造であり得る。そのため、反射光が冷却ブロック７０の前面７１に直接照射されて輻射熱の吸収効率を高める。
また、冷却ブロック７０は、表面に飛散した溶融鉄の付着を防止するための化学気相コーティング層が形成されることができる。

鋼板に照射されるレーザビームによって鋼板に局部的に形成されたスパッタなどの溶融鉄は、一定の方向性を有し、特に、鋼板が移動して加工される方向に飛散されて冷却ブロック７０に融着する可能性が高い。飛散された溶融鉄が冷却ブロック７０の表面に付着して層をなし、徐々に成長すると溶融鉄の塊りが鋼板に接触して鋼板にスクラッチを発生させる。
そのため、本実施形態の冷却ブロック７０は、表面に化学気相コーティング層を形成することによって、飛散された高温の溶融鉄が冷却ブロック７０の表面に付着することを防止できる。化学気相コーティング層が形成されない場合、高温の溶融鉄による付着や溶解により合金化が発生し、冷却ブロックが熱クラックにより破損されるか寿命が減少する。
化学気相コーティング層は、冷却ブロックの表面をアルミナなどでコーティングして形成し得る。そのため、冷却ブロックは、高温で耐酸化性及びスラグ難付着特性を確報できる。化学気相コーティング層は、溶融鉄を付着防止とともに長時間のあいだ冷却ブロック７０の表面を改質された状態に維持し、冷却ブロック７０の交換及び整備周期を従来に比べて９０％以上増加させることができる。

冷却ブロック７０は、内部に冷却媒体を循環させることによって、冷却ブロックが輻射熱によって加熱されることを防止し、冷却状態を維持して輻射熱の吸収効率をより高めることができる。
これのために、本実施形態の吸収部は、冷却ブロック７０の内部に形成される冷却流路７２、冷却流路７２に連結された供給管を介して冷却ブロック７０に冷却媒体を循環供給する供給部をさらに含み得る。冷却媒体は、例えば、冷却水であり得、熱交換可能な流体であれば、特に限定されず、すべて適用可能である。
図６に示したとおり、冷却流路７２は、冷却ブロック７０の内部に沿ってジグザグ形態に形成され、冷却媒体が冷却ブロック７０全体に対して満遍なく移動して前面７１を均一に冷却させる。図６において矢印は冷却媒体が流れる方向を示す。

光学系１５と鋼板１との間の狭い間隔を考慮して冷却ブロック７０もまた非常に薄い板構造をなし、このような冷却ブロック７０の内部に冷却流路７２を形成して連結することは非常に難しい。
そのため、本実施形態の場合、冷却流路７２は、冷却ブロック７０の外側面に沿って直線の複数の流路７３、７４を形成し、流路と流路との交差地点で流路が一方向に連結されるように流路の内部に流路を遮るプラグまたはボール７５を設けてジグザグ形態に形成する構造になっている。
つまり、冷却ブロック７０の側面及び上面または前面においてそれぞれ直線の流路を形成する。例えば、冷却ブロック７０の側面で水平方向に形成された流路７３と上面で垂直方向に形成された流路７４とは、互いに直交して交差する。水平方向の流路７３と垂直方向の流路７４とが直交して交差する部分は、冷却流路７２の方向が転換する部分であり得る。冷却ブロック７０の側面に貫通した水平方向の流路７３を介して、または上面に貫通した垂直方向の流路７４を介して内部にプラグまたは球形状のボール７５が挿入される。プラグまたはボール７５は、流路の直径と対応する大きさからなり、流路を遮る構造物であり、流路の内部で適切な位置に挿入されて流路を遮断する。

流路７３、７４の内部で適切な位置とは、冷却ブロック７０の内部に一方向に沿って冷却流路７２をジグザグ形態に形成するために必要な流路以外の位置であり、遮っているべき部分を意味する。図６に示したとおり、冷却媒体の流れ方向に沿って水平方向の流路７３と垂直方向の流路７４とが交差する地点を通過した位置にプラグやボール７５が位置し得る。そのため、例えば交差地点で水平方向の流路は、プラグやボールによって遮断されて垂直方向の流路に沿って移動する。したがって、冷却媒体は、プラグやボールによって一方向に形成された冷却流路７２に沿って流れて移動する。
流路７３、７４の内部でプラグやボール７５が流路に沿って流れる冷却媒体の油圧によって動かないように冷却媒体が移動する方向に流路７３、７４に幅が狭くなる段差７３Ａ，７４Ａを形成し得る。そのため、プラグやボール７５が段差７３Ａ，７４Ａにかかってそれ以上移動されず、その位置に固定されることができる。
また、流路形成のために冷却ブロック７０の側面や上面または前面に加工されて貫通した部分は、別途のプラグ７６を設けて遮ることによって、冷却媒体が出ることを防止できる。

本実施形態において、プラグ７６は、冷却ブロック７０をコギング（ｃｏｇｇｉｎｇ）７７により固定して設けられる。図７に示したとおり、冷却ブロック７０にプラグ７６を組立てた後プラグの外側外周部に焼成変形が起きるように冷却ブロック７０をコギング７７作業してプラグ７６を固定して設ける。
一般に孔を遮断するための構造としてプラグにタブ加工をしてねじ締結する方式が主に用いられる。しかし、本実施形態のように鋼板と光学系との間隙が非常に小さいため、冷却ブロック７０の表面温度が非常に高く、かつ冷却ブロック全体において温度勾配がひどく起こる場合、冷却ブロックは、熱クラックに非常にぜい弱である。そのため、従来のタブ加工構造によりプラグを組み立てる場合にはタブ加工部位でマイクロクラックが発生して成長し、熱クラックを発生させるため、漏水の危険性が高まる。
したがって、本実施形態の場合、プラグ７６がタブ加工なしに冷却ブロック７０にコギング７７により固定して設けられることによって、高熱及び温度勾配に対して熱クラックを防止して漏水の危険性を低下できる。
図８は、冷却ブロックに冷却媒体を供給する構成を示す概略的な構成図である。

図８に示したとおり、供給部は、冷却媒体の循環ライン７８上に設けられ、冷却ブロック７０を経た冷却媒体を冷却する熱交換器７９と、熱交換器を経た冷却媒体を冷却ブロック７０に供給する供給ポンプ８０と、供給ポンプの駆動に応じて循環ラインに沿って冷却ブロック７０に流入される冷却媒体の供給流量を検出するフロースイッチ８１、フロースイッチの検出値に応じて光学系のレーザ発振器の駆動を制御する制御回路８２を含むことが好ましい。
供給部は、循環ライン７８上に設けられて熱交換器７９を経て冷却された冷却媒体が収容されて温度を維持する恒温槽８３をさらに含むことがよい。
供給部の供給ポンプ８０は、恒温槽８３の後端に設けられ、少なくとも二つが並列配置されて循環ライン７８上に設けられる。そのため、片方の供給ポンプが故障した場合、残りの供給ポンプが駆動されて冷却媒体を継続して循環供給できる。

冷却ブロック７０に供給される冷却媒体は、不純物による冷却流路の詰りや漏水、供給ポンプの故障等によって冷却ブロック７０に適切な流量で供給されない場合が生じる。冷却ブロック７０に適切な流量の冷却媒体が供給されない場合、温度に敏感な光学系は劣化し、光行差の発生及び焦点距離の変化を起こして磁区微細化の程度が不均一になり、かつ品質を低下させる。
そのために本実施形態の供給部は、上記のように常に冷却媒体が適正流量以上に供給されているかをモニタリングし、レーザ発振器の制御器とインターロックを構成することによって、冷却ブロック７０の異常時にレーザビームの照射作動を停止して光学系を保護し、鋼板の品質劣化を防止する。
供給ポンプ８０によって引出された冷却媒体は、循環ライン７８上に設けられたフィルター８４を経るあいだ不純物が除去され、冷却ブロック７０の前で減圧バルブ８５により減圧された後、分配ヘッダ８６により分岐されて複数の冷却ブロック７０に分配供給される。
分配ヘッダ８６から分岐された各ラインには各冷却ブロック７０に対して個別的にフロースイッチ８１が設けられ、各冷却ブロック７０に供給される冷却媒体の流速または流量異常を検出する。

フロースイッチ８１の検出信号に応じて制御回路８２が駆動され、レーザ発振器の制御器（図１の１３）は、レーザ発振器（図１の１４）の駆動をオフさせる。つまり、フロースイッチ８１は、冷却ブロック７０に供給される冷却媒体の流量または流速が基準値より低いため異常がある場合は、異常信号を出力し、制御回路８２はフロースイッチ８１の出力信号に応じてレーザ発振器の制御器１３に信号を印加する。レーザ発振器の制御器１３は、制御回路８２の異常信号に応じてレーザ発振器１４に印加される電源を遮断してレーザ発振器駆動を止める。そのため、冷却ブロック７０に冷却媒体がうまく循環されず、反射光の輻射熱の吸収除去が円滑でない場合にはレーザ発振器が作動しなくなる。したがって、光学系の劣化による変形を防止し、レーザビームの照射状態を安定的に維持させ、鋼板表面に一定の溝の深さで照射線を安定的に形成できる。
また、レーザ照射設備は、鋼板にレーザビーム照射により生成されたヒューム及びスパッタを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含むことがよい。

溶融鉄除去設備は、鋼板溝の内部に圧縮乾燥した空気を噴射して溝の内部に残存する溶融鉄を除去するエアーナイフ１７、ヒューム及び溶融鉄を吸入して除去する集塵フード１９Ａ，１９Ｂを含むことができる。エアーナイフ及び集塵フードによりレーザ照射時に生成されたヒュームが除去され、光学系の内部にヒュームが流入することを防止できる。エアーナイフ１７は、鋼板１の溝内部に一定の大きさの圧力（Ｐａ）を有する圧縮乾燥した空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去する。エアーナイフ１７で圧縮乾燥した空気は、０．２ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力（Ｐａ）を有することが好ましい。圧縮乾燥した空気の圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ^２より小さい場合は、溝の内部の溶融鉄の除去ができず、鉄損改善効果を確保できないからである。エアーナイフによって除去されたヒューム及びスパッタは、レーザ照射位置の前後に配置された集塵フード１９Ａ，１９Ｂによって除去される。

また、レーザ照射設備は、レーザビームの反射光、散乱光及び輻射熱が光学系に流入することを遮断する遮蔽部１８をさらに含むことが好ましい。遮蔽部１８は、鋼板に照射されたレーザビーム１６の反射及び散乱によって、光学系に流入される反射光及び散乱光を遮断することで、反射光及び散乱光による輻射熱によって光学系が加熱して熱変形することを防止する。
レーザルーム２０は、内部空間を有するルーム構造物であって、内部にはレーザ照射設備及び鋼板支持ロール９の位置制御設備を収容して外部と隔離させ、これらの円滑な駆動のための適切な動作環境を提供する。

鋼板進行方向に沿ってレーザルーム２０の入側及び出側にはそれぞれ入口及び出口が形成される。レーザルーム２０は、外部の埃などによって内部空間が汚染されないように汚染物質の流入を遮断する施設を備える。これのために、レーザルーム２０は、内部圧力を外部より高めるための陽圧装置２３を備える。陽圧装置２３は、レーザルーム２０の内部圧力を外部圧力より相対的に高く維持する。そのため、外部の異物がレーザルーム２０の内部に流入することを防止できる。また、鋼板が出入する入口及び出口にはエアーカーテン２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが設けられる。エアーカーテンは、鋼板がレーザルーム２０に出入りする通路である入口及び出口に空気を噴射して膜をする形成することによって、入口及び出口を通して埃などが流入することを遮断する。また、レーザルーム２０内部の汚染を防止するために、レーザルーム２０の出入口のドアにはシャワーブース２１が設けられ得る。シャワーブース２１は、レーザルーム２０に入る出入者の身体に付いている異物を除去する。
レーザルーム２０は、実質的にレーザビームによる鋼板磁区微細化工程が行われる空間であり、内部環境の変化を最少化し、適正環境を維持させる必要がある。これのために、レーザルーム２０は、レーザ照射設備のレーザ発振器１４及び光学系１５等が位置する上部空間を鋼板１が通過する下部空間と分離させる光学系の下部フレーム２４、及びレーザルーム２０の内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器２５を備える。

光学系の下部フレーム２４は、レーザ発振器１４と光学系１５等の主要設備動作環境をより徹底的に管理できるようにする。光学系の下部フレーム２４は、レーザルーム２０の内部で鋼板が通過する光学系の下部空間、レーザ発振器、及び光学系ミラーが位置した光学系の上部空間を分離するように設けられる。光学系の下部フレーム２４によってレーザルーム２０の内部でも光学系の上部空間が別途に分離され、レーザ発振器や光学系などの主要設備に対する汚染防止並びに温度及び湿度の制御がより容易になる。
恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部の温度及び湿度を調節して適正環境を提供する。本実施形態において、恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部温度を２０〜２５℃で維持し、湿度を５０％以下に維持することがよい。

このように、レーザルーム２０の内部空間は、作業環境に適した温度及び湿度に継続して維持され、最適の状態で鋼板に対して磁区微細化工程が行われるようにする。したがって、工程に必要な最適の動作環境下で高品質の製品を大量に生産できる。
本実施形態の磁区微細化装置は、鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことが好ましい。
ヒールアップ及びスパッタは、製品の絶縁性及び占積率低下の原因になるので、後処理設備により完全に除去することによって製品の品質を高めることができる。

後処理設備は、鋼板の移動方向に沿ってレーザルーム２０の後端に配置され、鋼板表面のヒールアップ及びスパッタを除去するブラシロール２６Ａ，２６Ｂを含み得る。ブラシロール２６Ａ，２６Ｂは、駆動モータによって高速に回転し、動作時発生する駆動モータの電流値を設定された目標値に制御する電流制御計と、ブラシロールと鋼板との間の間隔を調節して制御するブラシ位置制御計によって回転速度と鋼板との間隔が制御される。ブラシロールは、レーザビームによる溝が形成された鋼板の一面にのみ配置されるか、鋼板の両面に配置されることができる。ブラシロール２６Ａ，２６Ｂは、鋼板表面に密着して高速に回転し、かつ鋼板表面に付着しているヒールアップ及びスパッタなどを除去する。図１に示したとおり、ブラシロール２６Ａ，２６Ｂに近接してブラシロールによって除去されたヒールアップ及びスパッタを排出するための集塵フード１９Ｃがさらに設けられる。集塵フード１９Ｃは、ブラシロール２６Ａ，２６Ｂによって鋼板から除去されたヒールアップ及びスパッタなどの溶融鉄を吸入して外部に排出する。

また、後処理設備は、ブラシロール２６Ａ，２６Ｂの後端に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒールアップ及びスパッタを追加除去する清浄ユニット２９と、清浄ユニットに連結されて清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれた異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部３０をさらに含むことがよい。
鋼板は、ブラシロール２６Ａ，２６Ｂを経て一次的にヒールアップ及びスパッタが除去され、清浄ユニット２９を通過しながら２次的に残存するヒールアップ及びスパッタが除去される。そのため、鋼板表面に付着されたヒールアップ及びスパッタをより完ぺきに除去して製品の品質を高めることができる。
清浄ユニット２９は、内部にアルカリ溶液が満たされ、一側にフィルタリング部３０が連結される。清浄ユニットにより鋼板を処理することによって、内部のアルカリ溶液に鋼板から除去したヒールアップ及びスパッタが累積され、鋼板の清浄性能が落ちる。フィルタリング部３０は、清浄ユニットのアルカリ溶液を循環させながらアルカリ溶液に含まれたヒールアップ及びスパッタを除去する。フィルタリング部３０は、ヒールアップ及びスパッタを除去してアルカリ溶液の鉄分含有量を５００ｐｐｍ以下に管理する。このように、清浄ユニットの清浄性能の低下を防止して連続的に鋼板を処理できる。

以下、本実施形態による電磁鋼板の磁区微細化過程について説明する。
連続的に移送される鋼板は、斜行制御設備と張力制御設備を経てレーザルームの内部に進入し、２ｍ／ｓｅｃ以上の速度で進行し、磁区微細化処理される。レーザルームの内部に進入した鋼板は、レーザ照射設備により永久磁区微細化処理された後レーザルームの外部に引き出される。レーザルームの外部に引き出された鋼板は、後処理設備を経て表面に残存するヒールアップ及びスパッタなどが除去されて後工程に送られる。
この過程において、鋼板表面に対するレーザ照射が行われるレーザルームは、磁区微細化のための最適の環境を提供できるように適した内部の動作環境を設定して維持する。

レーザルームは、内部を外部と隔離させて外部の汚染物質の流入を遮断し、レーザルームの内部温度、圧力及び湿度を磁区微細化形成のための動作環境に合わせて制御する。
レーザルームは、内部の圧力を外部と比較して高く設定して維持することによって、外部の埃など異物がレーザルームの内部に流入することを防止できる。また、鋼板が移動する通路である入口及び出口に空気による防止する形成することによって、入口及び出口を通して鋼板が進行する過程で埃など異物がレーザルームの内部に流入することを遮断できる。
また、レーザルームに設けられた恒温恒湿制御器は、レーザルームの内部の温度を２０〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することによって、レーザ照射による磁区微細化処理に最適の条件を提供する。

このようにレーザルームによってレーザビーム照射のための最適の環境が提供され、鋼板は、斜行制御設備、張力制御設備、及び鋼板支持ロールの位置調節設備を経てレーザ照射位置に正確に位置する。
まず、鋼板は磁区微細化処理のために、斜行制御設備により進行方向が制御され、生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく、真っすぐ移動する。
斜行測定センサは、鋼板の斜行量を持続的に検出し、鋼板が斜行すると、斜行測定センサで検出した信号を演算して鋼板中央位置制御計がステアリングロールの軸を回転及び移動させて鋼板を正位置に移動させる。このように鋼板の位置に応じて持続的にステアリングロールを制御することによって、鋼板を継続して生産ラインの中央を逸脱せず連続的に移動させ得る。

鋼板は、ステアリングロールを通過して張力調節のためのテンションブライドルロールを経て移動する。テンションブライドルロールを通過した鋼板の張力は、張力測定センサによって検出される。鋼板張力制御計は、張力測定センサによって検出された測定値を演算して設定された張力に合わせてテンションブライドルロールの速度を制御する。これにより、移動する鋼板の張力を設定された範囲に合わせて持続的に維持できる。
テンションブライドルロールを経た鋼板は、レーザルームの入口を通してレーザルームの内部に流入する。鋼板は、レーザルームの内部でディフレクターロールによって方向が転換されて二つのディフレクターロールの間に位置した鋼板支持ロールに密着した状態で移動する。
鋼板支持ロールは、鋼板を上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。

レーザ照射設備から鋼板にレーザビームが照射されると、輝度測定センサは、鋼板表面の花火の明るさをリアルタイムで検出し、輝度測定センサで検出した測定値に応じて鋼板支持ロールの位置制御計が鋼板支持ロールを上下に移動させ、レーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。これにより、鋼板表面にレーザビームが効果的に照射されて高品質の照射線を形成できる。
レーザ発振器の制御器は、鋼板の斜行程度に応じてレーザ発振器をオン／オフさせる。レーザ発振器の制御器は、斜行測定センサと連結されて斜行測定センサから測定された鋼板の斜行量が、例えば、１５ｍｍ以上になると、鋼板が鋼板支持ロールから過度に逸脱したと判断し、レーザ発振器をオフ（ｏｆｆ）させる。これにより、レーザビームが斜行された鋼板を通過して鋼板支持ロールの表面に照射されてロールの損傷を防止できる。
レーザ発振器の制御器の命令に応じてレーザ発振器で生成されたレーザビームは、光学系を経て鋼板表面に照射される。レーザ発振器は、ＴＥＭ００連続波レーザビームを発振して光学系に伝達する。

光学系は、レーザビームの方向を転換して鋼板表面にレーザを照射することによって、鋼板表面に連続的に溶融溝を形成して磁区微細化処理をする。
光学系を経て鋼板に照射されるレーザビームによって鋼板表面が溶融し、かつ照射線に沿って溶融溝が形成される。本実施形態において、レーザビーム照射により鋼板表面に上部幅、下部幅、及び深さが、それぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時にレーザ照射時の溶融部の溝内部の壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、レーザ発振器及び光学系は、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲内のレーザエネルギ密度を鋼板に伝達する。
また、光学系によるレーザビーム照射過程において、基準点で離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板から再帰反射されるレーザビームが光学系に入射されなくなる。したがって、したバックリフレクション現象を防止し、レーザビームの入射光路が反射光による干渉を受けないため、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持できる。
本実施形態はレーザ照射過程において、鋼板表面で反射される反射光の輻射熱を吸収除去して光学系の劣化を防止する。

鋼板で反射された反射光は、光学系の下部に設けられた冷却ブロックに照射され、冷却ブロックは、内部に流れる冷却媒体によって冷却された状態で反射光の輻射熱と熱交換して輻射熱を吸収除去する。冷却媒体は、冷却ブロックの内部に循環されて冷却ブロックの冷却温度を維持する。
このように、光学系に反射される反射光の輻射熱を吸収除去することによって、光学系が加熱することを防止できる。
一方、本実施形態は、反射光の輻射熱の吸収除去過程において、冷却ブロックに供給される冷却媒体の流量を検出し、冷却媒体の供給流量異常時にレーザ発振器の駆動を制御する。したがって、冷却媒体が適正流量で供給されない場合、直ちにレーザ発振器の駆動を停止させることによって、光学系を保護して鋼板の品質劣化を防止できる。

光学系は、レーザ走査速度を制御する機能を有するため、圧延方向に対してレーザ照射線の間隔を調整できる。また、光学系は、回転機能を備えており、レーザ照射線の角度を変更できる。本実施形態において、光学系によってレーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整できるようにすることによってレーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ‐Ａｆｆｅｃｔｅｄ‐Ｚｏｎｅ）の影響を最少化して鋼板の鉄損を改善できる。また、レーザビームの照射過程において光学系の回転により鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換できる。本実施形態において、光学系は、レーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して±４°の範囲に変換できる。つまり、図２において、ｙ軸方向に対して±４°の範囲で傾斜するようにし、レーザビームの照射線３１を形成し得る。そのため、鋼板表面に形成される照射線は、圧延方向に対して８６〜９４°の範囲で傾斜して形成され得る。このように照射線をｙ軸方向に対して傾斜するように形成することによって、レーザによる溝形成に伴う磁束密度の低下を最小化できる。

レーザビームの照射過程において、鋼板がレーザビームによって溶融されて多量のヒューム及び溶融鉄であるスパッタが発生する。ヒューム及びスパッタは、光学系を汚染させ、溝の内部に溶融鉄が残存する場合、正確な溝の形成が難しく、鉄損の改善がなされず、製品品質を阻害する。そのため、鋼板の溝内部に圧縮乾燥した空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去し、集塵フードによりヒューム及び溶融鉄を直ちに吸入して除去する。したがって、鋼板磁区微細化過程でヒュームが光学系側に流入することを遮断し、ヒューム及びスパッタを迅速に除去して磁区微細化処理の効率を高めることができる。また、レーザビームの照射過程においてレーザビームの散乱光及び熱が、レーザ照射設備の光学系に流入することをさらに遮断できる。
レーザビーム照射により鋼板表面に溝が形成され、かつ磁区微細化処理され、磁区微細化処理された鋼板は、連続的に移動してレーザルームの出口を通して外部に排出される。

レーザルームで排出された鋼板は、後処理過程を経て鋼板表面に付着されたヒールアップ及びスパッタを除去する過程を経る。
鋼板は、先にレーザルームの外側に配置されたブラシロールを通過しながら鋼板に密着して高速回転するブラシロールによって一次的にヒールアップ及びスパッタが除去される。
ブラシロールを経た鋼板は、二次的に清浄ユニットを経る間に鋼板とアルカリ溶液との電気分解反応により残存するヒールアップ及びスパッタが最終的に除去される。清浄ユニットを経る間にヒールアップ及びスパッタが除去された鋼板は、後工程に移送される。

表１は、本実施形態による連続波レーザビームの照射によって、０．２７ｍｍの厚さの鋼板表面に形成された溝による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示している。表１に示すように、本実施形態により磁区微細化処理された鋼板は、レーザ照射後と、レーザで磁区微細化して熱処理した後においていずれも鉄損が改善されることを確認できる。

以上説明したとおり、本発明の例示的な実施形態により説明したが、多様な変形及び他の実施形態が本分野の熟練した技術者によって行われるであろう。このような変形及び他の実施形態は、添付する請求範囲に全て考慮して含まれ、本発明の真の趣旨及び範囲を外れないといえる。

１：鋼板
２Ａ、２Ｂ：ステアリングロール
３：鋼板中央位置制御計
４：斜行測定センサ
５Ａ、５Ｂ：テンションブライドルロール
６：鋼板張力制御計
７：鋼板張力測定センサ
８Ａ、８Ｂ：ディフレクターロール
９：（鋼板）支持ロール
１０：輝度測定センサ
１１：距離測定センサ
１２：（鋼板支持ロールの）位置制御計
１３：（レーザ発振器の）制御器
１４：レーザ発振器
１５：光学系
１６：レーザビーム
１７：エアーナイフ
１８：遮蔽部
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ：集塵フード
２０：レーザルーム
２１：シャワーブース
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ：エアーカーテン
２３：陽圧装置
２４：下部フレーム
２５：恒温恒湿制御器
２６Ａ、２６Ｂ：ブラシロール
２９：清浄ユニット
３０：フィルタリング部
３１：レーザ照射線
３２：ポリゴンミラー
３３：回転モータ
３４：駆動モータ
３５：集光ミラー
３６：駆動部
３７：モジュールプレート
３７Ａ：開口部
３８：シャッター
３９：ヘッダ
４１：光ケーブル
７０：冷却ブロック
７１：前面
７２：冷却流路
７３：（水平方向の）流路
７３Ａ、７４Ａ：段差
７４：（垂直方向の）流路
７５：ボール
７６：プラグ
７７：コギング
７８：循環ライン
７９：熱交換器
８０：供給ポンプ
８１：フロースイッチ
８２：制御回路
８３：恒温槽
８４：フィルター
８５：減圧バルブ
８６：分配ヘッダ
Ｐ：基準点
Ｒ：離隔角度

Claims (21)

1. 生産ラインに沿って進行する鋼板を支持し、かつ前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロールの位置調節段階と、
   レーザ照射設備から鋼板表面にレーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射段階と、
   レーザ照射過程において鋼板表面に照射されたレーザビームの反射による輻射熱を吸収除去する輻射熱除去段階と、を含む磁区微細化方法であって、
   前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロール表面に円弧形態に接して進行する鋼板の表面に対し、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂点を通る際のレーザビームの照射位置を基準点とし、前記基準点から前記鋼板支持ロールの中心より外周面に沿って３〜７°離隔した範囲でレーザビームを照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
2. 前記レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
3. 前記角度変換段階は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することを特徴とする請求項２に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
4. 前記輻射熱除去段階は、鋼板で反射されるレーザビームの反射位置に対応してレーザを照射する光学系の下部に設けられる冷却ブロックを介してレーザの輻射熱を熱交換して吸収する段階と、冷却ブロックに冷却媒体を循環させて冷却ブロックの冷却温度を維持する段階と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
5. 前記輻射熱除去段階は、冷却ブロックに供給される冷却媒体の流量を検出する段階と、冷却媒体の供給流量異常時のレーザ発振器の駆動を制御する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
6. レーザ照射が行われるレーザルームの内部の動作環境を設定して維持する設定維持段階をさらに含み、
   前記設定維持段階は、レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、レーザルームの内部温度、圧力及び湿度を制御する段階と、を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
7. 前記鋼板を平らに広げた状態に維持するように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
8. 前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする斜行制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
9. 前記レーザ照射段階を経て前記鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含むことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
10. 生産ラインに沿って移動する鋼板を支持し、かつ鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロールの位置調節設備と、
    レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板表面に溝を形成するレーザ照射設備と、
    前記レーザ照射設備から前記鋼板表面に照射されたレーザビームの反射による輻射熱を吸収して除去する吸収部と、を含み、
    前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロール表面に円弧形態に接して進行する鋼板の表面に対し、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂点を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点に対して前記鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲で照射する構造であることを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
11. 前記鋼板支持ロールの位置調節設備及びレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
12. 前記レーザルームは、前記レーザ照射設備及び鋼板支持ロールの位置制御設備を収容して外部と隔離するように内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面に入口及び出口が形成され、内部にはレーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板が通過する下部空間と分離させる光学系の下部フレームと、レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
13. 前記光学系は、駆動部によって回転可能な構造からなり、鋼板に対して回転して鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
14. 前記鋼板を平らに広げた状態に維持するように鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
15. 前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする斜行制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
16. 前記鋼板表面に形成されたヒールアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）及びスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
17. 前記吸収部は、鋼板で反射されるレーザビームの反射位置に対応し、前記レーザ照射設備の光学系の下部に設けられ、反射されたレーザの輻射熱を熱交換により吸収する冷却ブロックを含むことを特徴とする請求項１０乃至１６のうちいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
18. 前記吸収部は、前記冷却ブロックの内部に形成される冷却流路、前記冷却流路に連結された供給管を介して冷却ブロックに冷却媒体を循環供給する供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
19. 前記供給部は、冷却媒体の循環ライン上に設けられ、冷却ブロックを経た冷却媒体を冷却する熱交換器と、熱交換器を経た冷却媒体を冷却ブロックに供給する供給ポンプと、供給ポンプの駆動に応じて循環ラインに沿って冷却ブロックに流入される冷却媒体の供給流量を検出するフロースイッチと、前記フロースイッチの検出値に応じて前記光学系のレーザ発振器の駆動を制御する制御回路と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
20. 前記冷却ブロックは、表面に飛散した溶融鉄の付着を防止するための化学気相コーティング層を形成することを特徴とする請求項１８または１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
21. 前記冷却ブロックの冷却流路は、冷却ブロックの外側面に沿って直線の複数の流路を形成し、流路と流路との交差地点で流路が一方向に連結されるように流路の内部に流路を遮るプラグを設けてジグザグ形態に形成する構造であることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
    

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